張侃楞， 李青祝

（鹽城工學院機械優(yōu)集學院，江蘇鹽城224051）

0 引言

升降平臺是一種多功能起重裝卸機械設備，最常見的是剪叉式液壓升降平臺［1］。液壓升降平臺由機械部分和動力部分組成，機械部分主要由底座、工作臺和內外剪叉臂組成，而動力部分由液壓站及液壓缸組成［1］。固定底座式升降平臺是一種升降穩(wěn)定性好，適用范圍廣的貨物舉升設備。其主要應用于工件裝配時調節(jié)工件高度，大型設備裝配時部件舉升，生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運送等［3-4］。本文設計一種固定底座式剪叉式液壓升降平臺。

1 升降平臺技術方案的制定

1.1 升降平臺工藝參數(shù)要求

本設計升降機為全液壓系統(tǒng)，相關工藝參數(shù)為：額定載荷為20t；升降行程為1200mm；設備自高為650mm；最大高度為1 850 mm；臺面尺寸為6 000 mm×2 500 mm；電源為 380 V，50 Hz。

1.2 運動機理圖的制定

根據(jù)升降機的平臺尺寸6 000 mm×2 500 mm，由于長度方向尺寸較大，該升降機采用兩組單剪叉機構組合形式，兩組單剪叉機構在液壓平臺長度方向對稱分布，每組單剪叉機構有2個油缸，沿液壓平臺寬度方向對稱分布。4個液壓缸做同步運動，以達到升降機平穩(wěn)升降的目的。具體運動機理圖如圖1所示。

如圖1所示，兩組剪叉由1、2、3、4四個臂架組成，O點為4個等長臂架的中點。2、4臂架下端部在O2點與底座固定鉸接，上端部A點處由滾輪與工作臺面的下表面相切并可沿其上的導軌面滾動；1、3臂架上端部在O3點與工作臺面固定鉸接，下端部B點處由滾輪與底座的上表面相切并可沿其上的導軌面滾動；1、2和3、4臂架通過銷軸在O點鉸接，形成剪叉，均可繞銷軸旋轉。4個油缸分2對在長度方向對稱布置，每對在寬度方向也對稱分布。油缸尾部與1、3臂架上焊接的支架在F點通過銷軸聯(lián)接，油缸活塞桿端頭與2、4臂架上焊接的支架上的油缸耳板于E點通過銷軸聯(lián)接。隨著油缸活塞桿的伸長與縮短，帶動油缸耳板繞銷軸點O旋轉，帶動2、4臂架隨著油缸耳板繞O點處銷軸旋轉，由于2、4臂架在O2點與底座固定聯(lián)接，上端在A點可滾動，因此2、4臂架繞O點旋轉的結果是帶動2、4臂架繞鉸支點O2轉動，臂架上端部A點的滾輪沿著軌道滾動。同時，1、3臂架在油缸與2、4臂架在O點銷軸施加力的作用下，繞支點O3轉動，其下端部B點的滾輪在底座導軌面滾動。通過這種關聯(lián)運動，來實現(xiàn)升降臺工作臺面的升降。

圖1 液壓升降平臺運動機理圖

1.3 液壓升降平臺結構尺寸的確定

通過常規(guī)的計算，確定的參數(shù)為：底座寬度b=5 700 mm；臂架銷軸間長L=2400mm，臂架總廠為2513 mm；臂架滾輪間高度h=1 624 mm；油缸耳板兩銷孔間距r=416.5 mm；θ=40°；ψ=1°；αmin=3°；底座與工作臺面兩固定鉸座銷軸的間距X=622 mm。

如圖 2（a）、圖 2（b）所示，為設計的液壓升降平臺的結構圖，其中工作臺面由鋼板和矩形鋼焊接而成，內外臂架由矩形鋼焊接而成。

圖2

圖3 液壓升降平臺液壓系統(tǒng)原理圖

底座6和工作平臺1之間寬度方向兩側設置有交叉的內臂架2和外臂架5，內臂架2和外臂架5交叉點設置有銷軸3；兩側相對的內臂架2之間設置有上中下3根內臂架連接桿7，兩側相對的外臂架5之間設置有上下2根外臂架連接桿8，內臂架連接桿7的中連接桿和外臂架連接桿8的下連接桿兩側連接液壓缸4。內臂架2、外臂架5、內臂架連接桿7和外臂架連接桿8為兩對，均勻分布在工作平臺的長度方向。

2 液壓系統(tǒng)設計

升降平臺的升降通過將液壓缸的活塞桿的伸縮運動轉化為工作臺面的升降而實現(xiàn)，負載變化范圍為0～20 t，要求負載平穩(wěn)，結構合理，安全性能優(yōu)良。

升降平臺的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。液壓油由液壓泵形成一定的壓力，經(jīng)過過濾器、節(jié)流閥、電磁換向閥、單向節(jié)流閥，進入油缸。

當提升重物時，液壓油進入油缸下半部，使液壓缸的活塞做伸長運動，液壓缸上半部回油到油箱。當需要重物下降時，使液壓缸的活塞做縮短運動，液壓油進入油缸上半部，液壓缸下半部回油到油箱。

3 NX參數(shù)化建模

液壓升降平臺結構尺寸確定后，通過NX軟件進行零件的參數(shù)化建模。在建模過程中，選擇合適的草繪平面、參照平面及特征的生成方式，建立參數(shù)化的模型。

模型建立好后，根據(jù)液壓平臺各零件的相互位置關系進行虛擬裝配，在裝配中通過表達式對裝配狀態(tài)可實時控制，如圖4所示，通過改變參數(shù)H的數(shù)值，即可改變液壓平臺的實時高度位置，可更方便地進行觀察和檢查。

圖4 NX參數(shù)化建模

4 運動仿真

進入NX的運動仿真模塊，導入虛擬裝配的液壓平臺模型，分別定義連桿、運動副、約束、求解方法和輸出的結果類型，如圖5所示。

圖5 運動仿真

通過NX軟件的運動分析功能，可對機構進行運動學和靜力學分析，包括干涉分析、運動極限位置分析、軌跡跟蹤、圖表、測量、動畫等，同時還能分析零件在運動過程中的受力情況，如圖6所示為銷軸的受力圖。

圖6 銷軸受力圖

通過運動分析的結果，可以及時修正相干涉組件的結構，將問題解決在設計狀態(tài)，提高設計效率。

5 結論

介紹了液壓升降平臺的設計過程，用NX建模、運動仿真模塊進行剪叉式升降臺的三維設計及運動分析，可以完成升降臺的干涉檢查，運動特性分析等，將減小設計工作量，且設計更加直觀，降低出錯率。

［1］ 毛建軍．銅包裝線升降平臺機-液壓特性研究與優(yōu)化［D］．蘭州：蘭州理工大學，2010.

［2］ 謝力生．剪式液壓升降臺相關參數(shù)的確定［J］．工程機械，2008(11)：46-49，89.

［3］ Neugebauer R,Sehwaar M,Ihlenfeldt S．New approaches to machine structures to overcome the limits of classical parallel structures［J］．CIRP Annals-Manufacturing Technology，2002,5(1)：293-296.

［4］ 丁智平．氣液動剪叉式升降平臺運動受力分析及其應用［J］．株洲工學院學報，1999（6）：49-52.

［5］ 郭永耀，劉力.ADAMS/view在剪叉式液壓升降平臺關鍵參數(shù)確定上的應用［J］.現(xiàn)代制造技術與裝備，2006（6）：38-40.

［6］ 楊達毅，陳麗敏.基于SolidWorks的六自由度液壓平臺運動仿真［J］.機床與液壓，2008（9）：127-129，150.